ФОТОЭДС
электродвижущая
сила, возникающая в полупроводнике при поглощении в нём электромагнитного
излучения (фотонов). Появление Ф. (фотовольтаический эффект) обусловлено
пространств, разделением генерируемых излучением носителей заряда (фотоносителей).
Разделение фотоносителей происходит в процессе их диффузии и дрейфа в электрич.
и магнитном полях из-за неравномерной генерации, неоднородности кристалла,
воздействия внеш. магнитного поля, одноосного сжатия и др.
Объёмная Ф. в однородном
полупроводнике, обусловленная неодинаковой генерацией в нём фотоносителей,
наз. диффузионной, или фотоэдс Дембера. При неравномерном освещении полупроводника
или облучении его сильно поглощающимся (и быстро затухающим в глубине кристалла)
излучением концентрация фотоносителей велика вблизи облучаемой грани и
мала или равна нулю в затемнённых участках. Фотоносители диффундируют от
облучаемой грани в область, где их концентрация меньше, и если подвижности
электронов проводимости и дырок неодинаковы, в объёме полупроводника возникает
пространств. заряд, а между освещённым и затемнённым участками - фотоэдс
Дембера. Величина этой Ф. между двумя точками полупроводника 1 и 2 может
быть вычислена по формуле:
где k - Больцмана постоянная,
Вентильная (барьерная) Ф.
Ф. может возникать также
В полупроводнике, помещённом
Сов. физик Б. И. Давыдов
При поглощении излучения
Лит.: Рывкин С. М.,
е- заряд электрона, Т - темп-pa, м
освещения тем больше, чем больше разность подвижностей электронов и дырок
и чем меньше электропроводность полупроводника в темноте. Излучение, генерирующее
в полупроводнике только основные носители заряда, не создаёт фотоэдс Дембера,
так как в этом случае эдс в объёме компенсируется равной ей по величине
и противоположной по знаку эдс, образующейся на контакте полупроводника
с электродом. Фотоэдс Дембера в обычных полупроводниках мала и практич.
применения не имеет.
возникает в неоднородных по химич. составу или неоднородно легированных
примесями полупроводниках, а также на контакте полупроводника с металлом.
В области неоднородности в полупроводнике существует внутр. электрич. поле,
к-рое ускоряет генерируемые излучением неосновные и замедляет основные
неравновесные носители заряда. В результате фотоносители разных знаков
пространственно разделяются. Разделение электронов и дырок внутр. полем
эффективно, когда неоднородность не слишком плавная, так что на длине порядка
диффузионной длины неосновных носителей заряда разность химических потенциалов
превышает kT/e (при комнатной темп-ре kT/e = 0,025 эв).
Вентильная Ф. может возникать в полупроводнике под действием света,
генерирующего и электроны, и дырки или хотя бы только неосновные носители.
Для практич. применений особенно важна вентильная Ф., возникающая в электронно-дырочном
переходе или полупроводниковом гетеропереходе. Она используется
в фотоэлектронных приборах (фотовольтаических элементах, солнечных элементах).
По величине вентильной Ф. также обнаруживают слабые неоднородности в полупроводниковых
материалах.
в однородном полупроводнике при одновременном одноосном сжатии и освещении
(фотопьезоэлектрический эффект). Она появляется на гранях, перпендикулярных
направлению сжатия, её величина и знак зависят от направления сжатия и
освещения относительно кри-сталлографич. осей. Ф. пропорциональна давлению
и интенсивности излучения. В этом случае Ф. обусловлена анизотропией коэфф.
диффузии фотоносителей, вызванной одноосной деформацией кристалла. При
неоднородном сжатии и одновременном освещении полупроводника Ф. может быть
обусловлена неодинаковым в разных частях кристалла изменением ширины запрещённой
зоны под действием давления (тензорезистивный эффект).
в магнитное поле и освещённом сильно поглощающимся светом так, что градиент
концентрации фотоносителей (и их диффузионный поток) возникает в направлении,
перпендикулярном магнитному полю, электроны и дырки разделяются вследствие
их отклонения магнитным полем в противоположных направлениях (см. Кикоина
- Носкова эффект).
(1937) установил, что Ф. может возникать и при генерации только осн. носителей
заряда (или при поглощении электронами проводимости излучения), если энергия
фотоносителей заметно отличается от энергии др. носителей заряда. Обычно
такая Ф. возникает в чистых полупроводниках с высокой подвижностью электронов
при очень низких темп-pax. Ф. в этом случае обусловлена зависимостью подвижности
и коэфф. диффузии электронов от их энергии. Ф. этого типа имеет заметную
величину в InSb и-типа, охлаждённом до темп-ры жидкого гелия.
свободными носителями заряда в полупроводнике вместе с энергией фотонов
поглощается их импульс. В результате электроны приобретают направленное
движение относительно кристаллич. решётки и па гранях кристалла, перпендикулярных
потоку излучения, появляется Ф. светового давления. Она мала, но вместе
с тем очень мала и её инерционность (порядка 10-11 сек).
Ф. светового давления используется в быстродействующих приёмниках излучений,
предназначенных для измерения мощности и формы импульсов излучения лазеров.
Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Тауц Ян, Фото- и
термоэлектрические явления в полупроводниках, пер. с чеш., М., 1962; Фотопроводимость.
Сб. ст., М., 1967. Т. М. Лифшиц.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я